KR100273198B1 - METHOD OF PRODUCING HIGH PURITY Si POWDER FROM SiO2 USING SELF-PROPAGATING HIGH TEMPERATURE SYNTHESIS - Google Patents

METHOD OF PRODUCING HIGH PURITY Si POWDER FROM SiO2 USING SELF-PROPAGATING HIGH TEMPERATURE SYNTHESIS Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A method of producing high purity Si powder from SiO2 using self-propagating high temperature synthesis is provided. Si powder produced by this method has a high purity of over 99.988%, and this method is economical and less energy consumptive. CONSTITUTION: The method comprises the steps of (S1) mixing SiO2 with Mg at a ratio of 1 to 2-2.5, wherein the SiO2 has a particle size of 140μm and a purity over 99.74%, and Mg has a particle size distribution of 10 to 100μm; (S2) forming the mixture in the shape of pellet by compressing the mixture at 4 to 14 ton; (S3) charging the pellet into self propagating reactor; (S4) firing the pellet in the reactor under Ar gas atmosphere or vacuum condition; (S5) withdrawing combustion product from the self propagating reactor; (S6) leaching the combustion product with 10-50% HCl or H2SO4 for 1-3 hours; (S7) filtrating leached residuals; (S8) washing filtrated Si powder followed by drying in a temperature range of 60 to 90deg.C.

Description

자체 연소 반응법을 이용하여 산화규소로부터 고순도 규소 분말을 제조하는 방법Process for producing high purity silicon powder from silicon oxide using self-burning reaction

본 발명은 자체 연소 반응법(Self-propagating High-temperature Synthesis; 이하, SHS라 칭함)을 이용하여 산화규소(SiO2) 분말로부터 규소(Si) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이며, 특히 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 일정한 몰비로 혼합하고 SHS를 이용하여 규소(Si)-산화마그네슘(MgO)의 혼합 분말을 제조한 후 침출과정을 거쳐서 고순도의 규소(Si) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing silicon (Si) powder from silicon oxide (SiO 2 ) powder by using a self-propagating high-temperature synthesis (hereinafter referred to as SHS), in particular silicon oxide ( SiO 2 ) and magnesium (Mg) mixed in a constant molar ratio to prepare a mixed powder of silicon (Si) -magnesium oxide (MgO) using SHS and to produce a high-purity silicon (Si) powder through a leaching process It is about.

일반적으로, 규소(Si)는 산화물과 규산염 등의 화합물 형태로 암석속에 널리 존재하며, 지구상에서 산소에 이어 다량으로 존재하는 원소이다. 제련에 사용되는 원광은 고품위의 규석(SiO2)이다. 금속 규소(Si)는 짙은 회색을 띤 은색으로서 굳으면서도 부서지기 쉬우며, 압축강도는 100MPa 정도이다. 금속 규소(Si)는 화학적으로 대단히 안정되어 있기 때문에 실온에서는 거의 모든 물질과 작용하지 않는다. 고순도의 규소(Si)는 반도체이다.In general, silicon (Si) is widely present in rocks in the form of compounds such as oxides and silicates, and is an element that exists in large quantities after oxygen on the earth. The ore used for smelting is high quality silica (SiO 2 ). Metallic silicon (Si) is dark grayish silver, hardened and brittle, and its compressive strength is about 100 MPa. Metallic silicon (Si) is very stable chemically and therefore does not interact with almost all materials at room temperature. High purity silicon (Si) is a semiconductor.

이러한 물리적 성질을 갖는 금속 규소(Si)는 제철·제강 또는 비철 야금에서 탈산을 목적으로 첨가되고, 합금의 경도를 증가시키기 위한 합금원소로 첨가되기도 한다. 예를 들면, 주로 알루미늄합금의 성분원소로서 첨가된다. 또한, 금속 규소(Si)는 규소수지의 원료, 규소강판 및 주철의 성분원소로서 첨가된다. 또한, 금속 규소(Si)는 반도체용 고순도 규소(Si) 원료로서 사용된다. 고순도의 규소(Si)의 대부분은 단결정화하여 반도체소자로 사용되며, 비정질 또는 다결정 형태로서도 사용된다. 반도체 규소(Si)는 트랜지스터, 집적회로(IC), 포토다이오드, 광전지, 광전도소자에 사용된다.Metallic silicon (Si) having such physical properties is added for deoxidation purposes in steelmaking, steelmaking or nonferrous metallurgy, and may be added as an alloying element for increasing the hardness of the alloy. For example, it is mainly added as a component element of aluminum alloy. In addition, metal silicon (Si) is added as a component element of the silicon resin, the silicon steel sheet, and the cast iron. Metal silicon (Si) is also used as a high purity silicon (Si) raw material for semiconductors. Most of high purity silicon (Si) is used as a semiconductor device by single crystallization, and is also used as an amorphous or polycrystalline form. Semiconductor silicon (Si) is used in transistors, integrated circuits (ICs), photodiodes, photovoltaic cells, and photoconductive devices.

현재까지, 순수 규소(Si)는 전기로내에서 탄소환원에 의하여 제조된다. 고순도 규소(Si)는 공업용 금속 규소(Si)를 3염화실란(SiHCl3) 또는 모노실란(SiH4)으로 변환해서 이것을 정제한 다음, 수소환원 또는 열분해로서 제조된다. 이와는 달리, 4염화규소(SiCl4)를 아연이나 수소로써 환원하기도 한다. 그런데, 이와같은 과정을 거쳐서 규소(Si)를 제조하는 경우에는, 그 제조 설비 및 제조 공정이 복잡할뿐만 아니라, 많은 양의 에너지를 공급해야 하기 때문에 경제적으로 많은 부담을 안아야 하는 결점이 있었다.To date, pure silicon (Si) is produced by carbon reduction in electric furnaces. High purity silicon (Si) is prepared by converting industrial metal silicon (Si) into trichlorosilane (SiHCl 3 ) or monosilane (SiH 4 ) and purifying it, followed by hydrogen reduction or pyrolysis. Alternatively, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) may be reduced with zinc or hydrogen. However, in the case of producing silicon (Si) through such a process, not only the manufacturing facilities and manufacturing processes are complicated, but also a large amount of energy must be supplied.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자체 연소 반응법에서 산화규소(SiO2)과 마그네슘(Mg)을 일정한 몰비로 혼합하고 SHS를 이용하여 규소(Si)-산화마그네슘(MgO)의 혼합 분말을 제조한 후 약 10∼50%의 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)을 이용하여 침출시켜서 산화마그네슘(MgO)을 제거함으로써 고순도의 규소(Si) 분말을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to mix silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) in a constant molar ratio in the self-combustion reaction method and silicon (SHS) After preparing a mixed powder of Si) -magnesium oxide (MgO) and leaching with about 10 to 50% hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) to remove magnesium oxide (MgO), Si) to provide a method for producing a powder.

도 1은 본 발명에 따른 고순도 규소(Si) 분말의 제조 공정도,1 is a manufacturing process diagram of a high purity silicon (Si) powder according to the present invention,

도 2는 본 발명을 수행하는데 사용되는 자체 연소 반응기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,2 is a schematic representation of the configuration of a self-burning reactor used to carry out the present invention;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 1:2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프, 그리고Figure 3 is a graph showing the X-ray diffraction results of the reaction product obtained by the self-burn reaction of a powder mixed with silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention, And

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 1:2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물을 침출시킨 후의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction after leaching the reaction product obtained by self-combustion of a powder mixed with silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention. The graph shown.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

12 : 그린 펠렛 14 : 열전대12 green pellet 14 thermocouple

16 : 데이터 수집기 20 : 컴퓨터16: data collector 20: computer

22 : 텅스텐(W) 필라멘트 24 : 전력 공급원22 tungsten (W) filament 24 power source

26 : 내열 유리 28 : 진공 펌프26: heat-resistant glass 28: vacuum pump

30 : 불활성 가스 공급원 32 : 통기구30: inert gas source 32: vent

34 : 냉각 장치 100 : 자체 연소 반응기34 cooling device 100 self-burning reactor

102 : 반응기 챔버102: reactor chamber

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 일정한 비율로 혼합하는 단계(S1);Mixing silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) at a constant ratio (S1);

상기 단계(S1)에서 형성된 혼합물을 펠렛으로 성형하는 단계(S2);Molding the mixture formed in the step (S1) into pellets (S2);

상기 펠렛을 자체 연소 반응기 내로 장입하는 단계(S3);Charging said pellets into a self-combustion reactor (S3);

상기 자체 연소 반응기 내에서 상기 펠렛을 연소시키는 단계(S4);Combusting the pellets in the self-burning reactor (S4);

상기 단계(S4)에서 만들어진 연소 생성물을 상기 자체 연소 반응기로부터 취출하는 단계(S5);Taking out the combustion product made in the step (S4) from the self-combustion reactor (S5);

상기 연소 생성물을 침출시키는 단계(S6);Leaching the combustion product (S6);

상기 단계(S6)에서 침출된 침출물을 여과시키는 단계(S7);Filtering the leachate leaching in step S6 (S7);

상기 단계(S7)에서 여과된 규소(Si) 분말을 세척하는 단계(S8); 및Washing the silicon (Si) powder filtered in the step S7 (S8); And

상기 단계(S8)에서 세척된 규소(Si) 분말을 건조시키는 단계(S9)를 포함하는 고순도 규소 분말의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a high purity silicon powder comprising the step (S9) of drying the silicon (Si) powder washed in the step (S8).

상기 산화규소(SiO2)와 상기 마그네슘(Mg)은 하기 반응식The silicon oxide (SiO 2 ) and the magnesium (Mg) is the following reaction formula

SiO2+ 2Mg → Si + 2MgO을 만족시키도록 혼합된다.SiO 2 + 2Mg → Si + 2MgO is mixed to satisfy.

바람직하게는, 상기 산화규소(SiO2)와 상기 마그네슘(Mg)의 혼합비는 1:(2∼2.5)이다.Preferably, the mixing ratio of the silicon oxide (SiO 2 ) and the magnesium (Mg) is 1: (2 to 2.5).

상기 자체 연소 반응기는 진공 분위기 또는 아르곤(Ar) 가스 분위기하에서 유지된다.The self burning reactor is maintained in a vacuum atmosphere or argon (Ar) gas atmosphere.

상기(S6)에서는, 10∼50%로 희석시킨 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)을 이용하여 1∼3시간동안에 걸쳐서 상기 연소 생성물을 침출시킨다. 상기(S9)에서는, 60∼70℃의 온도로 유지되는 건조기 내에서 규소(Si) 분말을 충분히 건조시킨다.In the above (S6), the combustion product is leached over 1 to 3 hours using hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) diluted to 10 to 50%. In the above (S9), the silicon (Si) powder is sufficiently dried in a dryer maintained at a temperature of 60 to 70 ° C.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 고순도 규소(Si) 분말의 제조방법에서는, SHS를 이용하여 산화규소(SiO2)와 마그네슘(MgO)으로부터 규소(Si)-산화마그네슘(MgO)의 혼합 분말을 만든 후, 10∼50%로 희석시킨 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)을 이용하여 침출시켜서 고순도의 규소(Si) 분말을 제조한다.As mentioned above, in the method for producing high purity silicon (Si) powder according to the present invention, a mixture of silicon (Si) -magnesium oxide (MgO) from silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (MgO) using SHS After the powder is prepared, it is leached with hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) diluted to 10 to 50% to prepare high-purity silicon (Si) powder.

이하, 첨부된 도면들을 참조로하여 본 발명에 따른 고순도 규소(Si) 분말의 제조 공정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a process of manufacturing high purity silicon (Si) powder according to the present invention with reference to the accompanying drawings in more detail.

먼저, 도 2는 본 발명을 수행하는데 사용되는 자체 연소 반응기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 자체 연소 반응기(100)는 주로 반응기 챔버(102) 및 그 주변 장치로 구성된다. 자체 연소 반응기(100)는 반응기 챔버(102)내에 진공 또는 불활성 가스 분위기를 조성하고 반응기 챔버(102) 내에 위치하는 시편을 점화시킬 수 있는 구조라면 어떠한 형태라도 무방하다.First, FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a self-burning reactor used to carry out the present invention. Referring to FIG. 2, the self-burning reactor 100 mainly consists of the reactor chamber 102 and its peripheral devices. The self-burning reactor 100 may have any structure as long as it can create a vacuum or inert gas atmosphere in the reactor chamber 102 and ignite the specimen located in the reactor chamber 102.

자체 연소 반응기(100)의 반응기 챔버(102) 내부 중앙에는 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)으로 이루어진 그린 펠렛(green pellet)(12)이 위치된다. 그린 펠렛(12)의 일측에는 연소될 그린 펠렛(12)의 온도를 측정하기 위한 열전대(14)가 장착된다. 열전대(14)는 데이터 수집기(16)를 거쳐서 컴퓨터(20)에 전기적으로 접속된다.A green pellet 12 made of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) is positioned in the center of the reactor chamber 102 of the self-combustion reactor 100. One side of the green pellet 12 is equipped with a thermocouple 14 for measuring the temperature of the green pellet 12 to be burned. Thermocouple 14 is electrically connected to computer 20 via data collector 16.

반응기 챔버(102) 내에서, 그린 펠렛(12)의 바로 윗쪽에는 그린 펠렛(12)을 점화시키기 위한 텅스텐 필라멘트(22)가 위치한다. 텅스텐 필라멘트(22)는 반응기 챔버(102) 외부에 위치된 전력 공급원(24)으로부터 전류를 인가받는다. 반응기 챔버(102)의 일측벽에는 개폐 가능한 디스크 형상의 내열 유리(26)가 위치한다. 내열 유리(26)는 필요에 따라 개폐되면서 그린 펠렛(12)의 투입구 및 배출구 기능을 수행하며, 작업자로 하여금 내열 유리(26)를 통해서 육안으로 그린 펠렛(12)의 연소상태를 확인할 수 있게 한다.Within the reactor chamber 102, tungsten filaments 22 for igniting the green pellets 12 are located just above the green pellets 12. Tungsten filament 22 receives current from a power source 24 located outside the reactor chamber 102. On one side wall of the reactor chamber 102 is a heat-resistant glass 26 of a disc shape that can be opened and closed. The heat-resistant glass 26 performs the inlet and outlet of the green pellet 12 while opening and closing as needed, and allows the operator to check the combustion state of the green pellet 12 with the naked eye through the heat-resistant glass 26. .

반응기 챔버(102)의 하단에는 반응기 챔버(102) 내에 진공을 조성하기 위한 진공 호스(29)가 연결된다. 진공 호스(29)는 반응기 챔버(102) 외부에 위치하는 진공 펌프(28)까지 연장된다. 진공 펌프(28)는 필요에 따라서 반응기 챔버(102) 내의 공기를 빼내어 진공을 조성한다. 또한, 반응기 챔버(102)의 하단에는 반응기 챔버(102) 내로 불활성 가스를 도입하기 위한 불활성 가스 공급용 호스(31)가 연결된다. 불활성 가스 공급용 호스(31)는 반응기 챔버(102) 외부에 위치하는 불활성 가스 공급원(30)까지 연장된다. 불활성 가스 공급원(30)은 필요에 따라서 반응기 챔버(102) 내로 수소(H2) 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 제공한다.At the bottom of the reactor chamber 102 is connected a vacuum hose 29 for establishing a vacuum in the reactor chamber 102. The vacuum hose 29 extends to a vacuum pump 28 located outside the reactor chamber 102. The vacuum pump 28 draws air in the reactor chamber 102 as needed to create a vacuum. In addition, an inert gas supply hose 31 for introducing an inert gas into the reactor chamber 102 is connected to a lower end of the reactor chamber 102. The inert gas supply hose 31 extends to an inert gas supply source 30 located outside the reactor chamber 102. Inert gas source 30 provides inert gas, such as hydrogen (H 2 ) or argon (Ar), into reactor chamber 102 as needed.

또한, 반응기 챔버(102)의 하단 일측에 형성된 통기구(32)는 반응기 챔버(102)의 압력을 일정하게 유지하거나 또는 내열 유리(26)를 여는 경우에 반응기 챔버(102) 내의 압력을 외부로 배출시킨다. 반응기 챔버(102)의 내측 상하부에는 반응기 챔버(102) 내의 온도를 일정하게 유지하기 위한 냉각 장치(34)가 설치된다. 반응기 챔버(102)의 외부 윗쪽에는 반응기 챔버(102) 내에 조성된 진공 상태를 알리기 위한 진공 계기판(36)이 설치된다.In addition, the vent 32 formed on one side of the lower end of the reactor chamber 102 maintains a constant pressure in the reactor chamber 102 or discharges the pressure in the reactor chamber 102 to the outside when the heat-resistant glass 26 is opened. Let's do it. Cooling devices 34 for maintaining a constant temperature in the reactor chamber 102 are installed in the upper and lower portions of the reactor chamber 102. Above the outer side of the reactor chamber 102, a vacuum instrument panel 36 is provided for notifying the vacuum state formed in the reactor chamber 102.

한편, 도 1은 본 발명에 따른 고순도 규소(Si) 분말의 제조 공정도이다. 도 1 및 2를 참조하여 전술한 바와 같은 구성을 갖는 자체 연소 반응기(100)를 이용하는 고순도 규소(Si) 분말의 제조 공정을 설명한다.On the other hand, Figure 1 is a manufacturing process of the high purity silicon (Si) powder according to the present invention. A process for producing high purity silicon (Si) powder using a self-burning reactor 100 having the configuration as described above with reference to FIGS. 1 and 2 will be described.

본 발명은 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 일정한 몰비로 혼합한 뒤 적절한 반응 분위기하에서 SHS에 의해 규소(Si)-산화마그네슘(MgO)의 복합물을 얻어내고 이를 약 10∼50%의 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)으로 침출시켜서 산화마그네슘(MgO)을 제거하여 고순도 규소(Si)를 얻는 방법이다. 본 발명에서 이용하는 SHS는, 일반적으로 고체와 고체간의 화학적 반응이 발열 반응임을 이용하여, 외부로부터의 에너지 공급없이, 소재의 점화후에 자체적인 화학 반응열을 이용하여 소재를 합성하는 자체 연소 반응법이다.The present invention mixes silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) in a constant molar ratio to obtain a composite of silicon (Si) -magnesium oxide (MgO) by SHS under an appropriate reaction atmosphere, which is about 10 to 50% It is a method of obtaining high purity silicon (Si) by removing magnesium oxide (MgO) by leaching with hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ). In general, the SHS used in the present invention is a self-combustion reaction method in which a chemical reaction between a solid and a solid is an exothermic reaction and synthesizes a material using its own heat of chemical reaction after ignition of the material without supplying energy from the outside.

본 발명에서 사용되는 원료 분말로는 140㎛의 입자 크기를 갖는 산화규소(SiO2)와 10∼100㎛의 입자 크기를 갖는 마그네슘(Mg)이 채용된다. 이때, 원료분말인 산화규소(SiO2)의 순도는 본 발명에서 얻고자하는 고순도 규소(Si) 분말의 순도와도 밀접한 관련을 갖는다. 즉, 산화규소(SiO2)의 순도를 높이면 높일수록 규소(Si)의 순도는 증가된다. 바람직하게는, 산화규소(SiO2)의 순도는 98.74% 이상이다.As the raw material powder used in the present invention, silicon oxide (SiO 2 ) having a particle size of 140 μm and magnesium (Mg) having a particle size of 10 to 100 μm are employed. At this time, the purity of the silicon oxide (SiO 2 ) of the raw material powder is closely related to the purity of the high purity silicon (Si) powder to be obtained in the present invention. That is, as the purity of silicon oxide (SiO 2 ) is increased, the purity of silicon (Si) is increased. Preferably, the purity of silicon oxide (SiO 2 ) is at least 98.74%.

상기 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 마련한 후에는, 하기 반응식(Ⅰ)과 같이 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 일정한 조성비로 균일하게 혼합한다.After provided the silicon oxide (SiO 2) and magnesium (Mg) is to be mixed uniformly in the reaction scheme a silicon oxide (SiO 2) and magnesium (Mg) as (Ⅰ) at a predetermined composition ratio.

SiO2+ 2Mg → Si + 2MgO ―――― (I)SiO 2 + 2 Mg → Si + 2 MgO ―――― (I)

바람직하게는, 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 1:(2∼2.5)의 몰비로 균일하게 혼합한다. 다음에는, 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)의 혼합물을 소정의 성형 압력을 가하여 압축시킨다. 바람직하게는, 4∼14t의 성형 압력을 가하여 압축시킨다. 왜냐하면, 4t 이하의 성형 압력을 가하게 되면 압력이 낮아서 펠렛이 쉽게 깨질 수 있고, 14t 이상의 성형 압력을 가하게 되면 펠렛이 잘 점화되지 않기 때문이다.Preferably, silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) are uniformly mixed in a molar ratio of 1: (2 to 2.5). Next, the mixture of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) is compressed by applying a predetermined molding pressure. Preferably, it compresses by applying molding pressure of 4-14t. This is because, when a molding pressure of 4t or less is applied, the pellet is easily broken due to the low pressure, and when the molding pressure of 14t or more is applied, the pellet does not ignite well.

산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)의 혼합물을 압축시킨 후에는, 자체 연소 반응기(100)의 내열 유리(26)를 열고 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)으로 이루어진 그린 펠렛(12)을 반응기 챔버(102) 내로 장입한다. 즉, 그린 펠렛(12)을 반응기 챔버(102) 내의 중앙에 위치시킨다. 이러한 상태하에서 내열 유리(26)를 닫은 후, 진공 펌프(28)를 작동시켜서 반응기 챔버(102)내에 진공을 조성하거나, 또는 불활성 가스 공급원(30)을 작동시켜서 반응기 챔버(102) 내로 불활성 가스, 바람직하게는 아르곤(Ar) 가스를 도입시킨다. 이러한 상태하에서, 전력 공급원(24)으로부터 텅스텐 필라멘트(22)로 전류를 인가하여 그린 펠렛(12)을 점화·연소시킨다.After compacting the mixture of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg), the heat-resistant glass 26 of the self-combustion reactor 100 is opened and a green pellet (12) consisting of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) ) Into the reactor chamber 102. That is, the green pellet 12 is located at the center in the reactor chamber 102. Under this condition, after closing the heat-resistant glass 26, the vacuum pump 28 is operated to create a vacuum in the reactor chamber 102, or the inert gas source 30 is operated to inert gas, into the reactor chamber 102, Preferably argon (Ar) gas is introduced. Under this condition, a current is applied from the power supply source 24 to the tungsten filament 22 to ignite and burn the green pellet 12.

이와 같이, 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)으로 이루어진 그린 펠렛(12)으로부터 규소(Si)와 산화마그네슘(MgO)을 얻은 후에는, 하기 반응식(Ⅱ)과 같이 약 10∼50%의 염산(HCl)으로 침출시켜서 산화마그네슘(MgO)를 제거하여 고순도 규소(Si)을 얻는다.Thus, after obtaining silicon (Si) and magnesium oxide (MgO) from the green pellet 12 consisting of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg), about 10 to 50% of the reaction formula (II) Leaching with hydrochloric acid (HCl) to remove magnesium oxide (MgO) to obtain high purity silicon (Si).

Si + 2MgO + (HCl)(ℓ) → Si↓ + (2MgO + HCl)(ℓ) ―――― (II)Si + 2MgO + (HCl) (L) → Si ↓ + (2MgO + HCl) (L) ---―- (II)

이때, 온도는 약 50∼70℃로 유지하고, 반응은 1∼3시간동안 실시한다.At this time, the temperature is maintained at about 50 ~ 70 ℃, the reaction is carried out for 1 to 3 hours.

바람직하게는, 염산(HCL) 대신에 10∼50%의 황산염산(H2SO4)를 사용할 수도 있다.Preferably, 10 to 50% of hydrochloric acid (H 2 SO 4 ) may be used instead of hydrochloric acid (HCL).

이렇게 하여 침전된 규소(Si) 분말은 거름종이를 이용하여 회수하고 수차례에 걸쳐서 세척한 후 약 70℃로 유지되는 건조기 내에서 약 18시간 건조하여 순수 규소(Si) 분말을 얻어낸다. 최종적으로 생성된 규소(Si)은 연소 과정중에 불순물이 휘발되었으므로, 99.988% 이상의 고순도를 나타낸다.The precipitated silicon (Si) powder is recovered using a filter paper, washed several times, and dried in a drier maintained at about 70 ° C. for about 18 hours to obtain pure silicon (Si) powder. The finally produced silicon (Si) shows a high purity of 99.988% or more because impurities are volatilized during the combustion process.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 간략하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be briefly described.

실시 예Example

원료 분말로서 산화규소(SiO2)(일본국 순정화학주식회사시약제품)와 마그네슘(Mg)을 각각 1 : (2∼2.5)의 몰비로 볼밀에 넣어 2시간 이상 혼합한다. 다음에는, 혼합된 분말을 4∼14t의 압력을 가해서 직경 20㎜, 높이 15∼20mm의 펠렛을 만든다. 이렇게 성형된 펠렛을 약 70℃로 유지되는 건조기 내에서 건조시킨후 자체 연소 반응기에서 불활성 가스 분위기, 바람직하게는 아르곤(Ar) 가스 분위기하에서 점화·연소시킨다. 성형 펠렛을 점화·연소하여 생성된 반응 생성물을 약 10∼50%의 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)용액을 이용하여 1∼3시간 동안 침출시킨 후, 거름종이를 이용하여 침전되어 있던 규소(Si)을 회수한다. 그리고, 3∼5회에 걸쳐서 규소(Si)을 세척하고 약 60∼70℃의 온도로 유지되는 건조기 내에서 충분히 건조시켜서 순수 규소(Si) 분말을 만들어낸 후, 엑스선 회절법(X-Ray Diffraction)을 이용하여 결정구조를 분석한다.As a raw material powder, silicon oxide (SiO 2 ) (manufactured by Japan Pure Chemicals Co., Ltd.) and magnesium (Mg) were added to a ball mill at a molar ratio of 1: 2 to 2.5, respectively, and mixed for 2 hours or more. Next, the mixed powder is subjected to a pressure of 4 to 14 tons to form pellets having a diameter of 20 mm and a height of 15 to 20 mm. The pellets thus formed are dried in a dryer maintained at about 70 ° C. and then ignited and burned in an inert gas atmosphere, preferably in an argon (Ar) gas atmosphere, in a self-combustion reactor. The reaction product produced by ignition and burning the molded pellet was leached for 1 to 3 hours using about 10 to 50% of hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution, and then precipitated using a filter paper. Recovered silicon (Si) was recovered. Then, the silicon (Si) is washed three to five times and dried sufficiently in a drier maintained at a temperature of about 60 to 70 ° C. to produce pure silicon (Si) powder, followed by X-ray diffraction (X-Ray Diffraction). Analyze the crystal structure using

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 1:2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 1:2.0의 몰비로 혼합한 분말을 자체 연소 반응시켜서 얻은 반응 생성물을 침출시킨 후의 Ⅹ-선 회절 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the X-ray diffraction results of the reaction product obtained by the self-burn reaction of a powder mixed with silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention . FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction after leaching the reaction product obtained by self-combustion of a powder mixed with silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) in a molar ratio of 1: 2.0 according to a preferred embodiment of the present invention. The graph shown.

도 3 및 4를 참조하면, 도 3에서 볼 수 있는 산화마그네슘(MgO)이 침출에 의해 제거되어 최종 생산물로서 규소(Si)만이 존재함을 알 수 있다. 또한, 최종 생산물을 원자 흡광분석기로 측정한 결과, 99.988%이상의 고순도 분말임을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 3 and 4, it can be seen that magnesium oxide (MgO) as shown in FIG. 3 is removed by leaching, so that only silicon (Si) is present as a final product. In addition, the final product was measured by atomic absorption spectrometer, it was confirmed that the high purity powder of 99.988% or more.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 규소(Si) 분말의 제조방법에서는, 마그네슘(Mg)을 환원제로 이용하여 산화규소(SiO2) 분말을 환원 시킨 후 그 부산물로서 얻은 산화마그네슘(MgO)을 약 10∼50%의 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)을 이용하여 침출시켜서 규소(Si) 분말을 제조한다. 따라서, 기존의 규소(Si) 분말의 제조방법에서 요구되는 고온 반응로가 불필요해지고, 제조 공정이 단순해진다. 또한, 자체 발열량에 의해서 반응물의 연소 반응이 자동적으로 진행되므로 에너지 효율이 높고, 발열온도가 매우 높아서 불순물들이 휘발되기 때문에 고순도의 규소(Si) 분말을 얻을 수 있다. 게다가, 반응자체가 산화물로부터 시작되기 때문에 규소(Si)을 별도로 제련할 필요없이 바로 합성할 수 있고, 대기중에서도 합성이 가능하다는 잇점이 있다.As mentioned above, in the method for producing silicon (Si) powder according to the present invention, magnesium oxide (MgO) obtained as a by-product after reducing silicon oxide (SiO 2 ) powder using magnesium (Mg) as a reducing agent Is leached with about 10-50% hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) to prepare a silicon (Si) powder. Therefore, the high temperature reactor required by the conventional method for producing silicon (Si) powder becomes unnecessary, and the manufacturing process is simplified. In addition, since the combustion reaction of the reactants proceeds automatically by the self-heating amount, high energy efficiency and high exothermic temperature cause volatilization of impurities to obtain high-purity silicon (Si) powder. In addition, since the reaction itself starts from an oxide, silicon (Si) can be directly synthesized without the need for smelting, and can be synthesized in the air.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (8)

산화규소(SiO2)와 마그네슘(Mg)을 일정한 비율로 혼합하는 단계(S1);Mixing silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) at a constant ratio (S1); 상기 단계(S1)에서 형성된 혼합물을 펠렛으로 성형하는 단계(S2);Molding the mixture formed in the step (S1) into pellets (S2); 상기 펠렛을 자체 연소 반응기 내로 장입하는 단계(S3);Charging said pellets into a self-combustion reactor (S3); 상기 자체 연소 반응기 내에서 상기 펠렛을 연소시키는 단계(S4);Combusting the pellets in the self-burning reactor (S4); 상기 단계(S4)에서 만들어진 연소 생성물을 상기 자체 연소 반응기로부터 취출하는 단계(S5);Taking out the combustion product made in the step (S4) from the self-combustion reactor (S5); 상기 연소 생성물을 침출시키는 단계(S6);Leaching the combustion product (S6); 상기 단계(S6)에서 침출된 침출물을 여과시키는 단계(S7);Filtering the leachate leaching in step S6 (S7); 상기 단계(S7)에서 여과된 규소(Si) 분말을 세척하는 단계(S8); 및Washing the silicon (Si) powder filtered in the step S7 (S8); And 상기 단계(S8)에서 세척된 규소(Si) 분말을 건조시키는 단계(S9)를 포함하는 고순도 규소 분말의 제조방법.Method for producing a high-purity silicon powder comprising the step (S9) of drying the silicon (Si) powder washed in the step (S8). 제 1 항에 있어서, 상기 산화규소(SiO2)와 상기 마그네슘(Mg)이 하기 반응식The method of claim 1, wherein the silicon oxide (SiO 2 ) and the magnesium (Mg) is the following reaction scheme SiO2+ 2Mg → Si + 2MgOSiO 2 + 2Mg → Si + 2MgO 을 만족시키도록 혼합되고, 상기 산화규소(SiO2)와 상기 마그네슘(Mg)의 혼합비가 1:(2∼2.5)인것을 특징으로 하는 고순도 규소 분말의 제조방법.And a mixture ratio of the silicon oxide (SiO 2 ) and the magnesium (Mg) is 1: (2 to 2.5). 제 1 항에 있어서, 상기 산화규소(SiO2)가 140μm의 입자 크기 및 99.74% 이상의 순도를 가지며, 상기 마그네슘(Mg)이 10∼100μm의 입도분포를 갖는 것을 특징으로 하는 고순도 규소 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the silicon oxide (SiO 2 ) has a particle size of 140 μm and a purity of 99.74% or more, and the magnesium (Mg) has a particle size distribution of 10 to 100 μm. . 제 1 항에 있어서, 상기 단계(S2)에서, 상기 혼합물을 4∼14t의 성형 압력을 가하여 압축시켜서 상기 펠렛을 형성하는 것을 특징으로 하는 고순도 규소 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step (S2), the mixture is compressed by applying a molding pressure of 4 to 14 tons to form the pellets. 제 1 항에 있어서, 상기 자체 연소 반응기 내에 진공 분위기가 조성되는 것을 특징으로 하는 고순도 규소 분말의 제조방법.The method for producing high purity silicon powder according to claim 1, wherein a vacuum atmosphere is formed in the self-combustion reactor. 제 1 항에 있어서, 상기 자체 연소 반응기 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스 분위기가 조성되는 것을 특징으로 하는 고순도 규소 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein argon (Ar) gas atmosphere is formed in the self-combustion reactor chamber. 제 1 항에 있어서, 상기(S6)에서, 10∼50%로 희석시킨 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)을 이용하여 1∼3시간동안에 걸쳐서 상기 연소 생성물을 침출시키는 것을 특징으로 하는 고순도 규소 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein in (S6), leaching the combustion product for 1 to 3 hours using hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) diluted to 10-50%. Method for producing high purity silicon powder. 제 1 항에 있어서, 상기(S9)에서, 60∼70℃의 온도로 유지되는 건조기 내에서 규소(Si) 분말을 충분히 건조시키는 것을 특징으로 하는 고순도 규소 분말의 제조방법.The method for producing high purity silicon powder according to claim 1, wherein in step S9, the silicon (Si) powder is sufficiently dried in a dryer maintained at a temperature of 60 to 70 ° C.
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